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摘要 {c(@u6l28 b8QQS#q)V 光栅结构广泛用于光谱仪,近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法(FMM),以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中,可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化,并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中,讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 2rzOh},RS HITw{RPrW 4@qHS0$ 概述 sf7~hN*
[WfigqY`b* <6!;mb
;cX •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 26e. Hu •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 CXAW>VdK_ •为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数。 q=, MAv-`8@| 80'!XKSP b6]MJ0do 衍射级次的效率和偏振 vzXfJP >'/KOK" ?W27
h •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 XABB6J] •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 D
,U#z •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 qk+RZ>T<o •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 .kl.awT •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 VB}4#-dG? $;J:kd;< g"KH~bN 光栅结构参数 qV7F=1k] 4qYT 8:9/RL\"x •此处探讨的是矩形光栅结构。 -ff@W m •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线。 K6z)&< •因此,选择以下光栅参数: ]%Db %A - 光栅周期:250 nm KUE}^/%z - 填充系数:0.5 iXgy/>qgT - 光栅高度:200 nm lTR/o - 材料n1:熔融石英 +";<Kd - - 材料n2:TiO2(来自目录) J#/L}h;qH r@30y/C Z=I+_p_G .='hYe. 偏振状态分析 C/JFb zVx U65a_dakk o8ERU($/ •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 n N_Ylw •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 (fTi1
I! •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 \F; S {F'~1qf us,~<e0 O: J;zv\ 产生的极化状态 bT8 ?(Iu (Qp53g B/^1uPTZ71 !RPPwvNk4 TIIwq H+h. 其他例子 RAs5<US:
D=!T,p= .S6u{B •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 QqdVN3#1z •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 I;5:jT ` 9x]yu6 Ij_h #f `at>X&Ce, 光栅结构参数 :9.QhY)D xC5`|JW <cUaIb;(4 •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 cg|C S? •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 OBp&64 •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 FG{45/0We •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 U8]BhJr$Q }|-Yd"$ Cu,#w3JR 光栅#1 9bb5?b/ fEYo<@5c] j-n-2:Q 3x6@::s~ FJC}xEMcN •仅考虑此光栅。 MVYf-'\^ •假设侧壁表现出线性斜率。 {[tx^b •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 2`V[Nb •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 -+H?0XN QZO9CLX 8k ,enU`}9V* 假设光栅参数: Lk8NjK6 •光栅周期:250 nm rd0[(- •光栅高度:660 nm bi<?m^j •填充系数:0.75(底部) f{j.jfl\x •侧壁角度:±6° ?]Wg{\NC6 •n1:1.46 bKb}VP •n2:2.08 .KX LWH %.mHV7c)% 光栅#1结果 ecqL;_{o WVkJ=r0Ny iL\eMa •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 vN8Xq+ •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 YgCSzW&( •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。 lr-:o@q{ 8r-'m%l meM61ue_2 \NTNB9>CO 光栅#2 {klyVb 9+"\7MHw YjTA+1} =3R5m>6!/ q#|,4(Z •同样,只考虑此光栅。 Xb/^n.> •假设光栅有一个矩形的形状。 qFwJ%(IQ •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 $9In\x
假设光栅参数: jxdxIkAHZc •光栅周期:250 nm hrZ=8SrW •光栅高度:490 nm Q4!6|%n8v •填充因子:0.5 ^a?H" •n1:1.46 +:D90p$e •n2:2.08 /GDGE } cUPC8k.1 光栅#2结果 .C7;T'>! 0oU;Cmw. #fTPo:*t •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 7$HN5T\! •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 0*umf.R •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 X GhV?
tA l;'#!hC) /:o (Ghc?
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